Așa funcționează emulgatorii

Odată cu îmbunătățirea nivelului de trai al oamenilor, cerințele consumatorilor în materie de alimente nu se mai limitează la o valoare nutrițională rezonabilă. Aceștia solicită, de asemenea, calități senzoriale satisfăcătoare ale alimentelor, inclusiv aspectul, culoarea, aroma, gustul, consistența și prospețimea.

Ca aditivi alimentari modificatori ai texturii, emulgatorii joacă un rol vital în industria alimentară. Să aruncăm o privire asupra mecanismului de acțiune alemulgatori!

Emulsii

Emulsiile sunt prezente pe scară largă în alimente. O fază constă din apă sau soluții apoase, denumite colectiv fază hidrofilă; cealaltă fază este o fază organică nemiscibilă cu apa, cunoscută și sub numele de fază lipofilă. Când două lichide nemiscibile, cum ar fi apa și uleiul, sunt amestecate, se pot forma două tipuri de emulsii, și anume emulsii ulei-în-apă (O/A) și emulsii apă-în-ulei (A/A). În emulsiile ulei-în-apă, uleiul este dispersat în apă sub formă de picături minuscule, picăturile de ulei servind ca fază dispersată, iar apa ca mediu continuu. Laptele este un exemplu tipic de emulsie O/A. În schimb, în ​​emulsiile apă-în-ulei, apa este dispersată în ulei sub formă de picături minuscule, unde apa acționează ca fază dispersată, iar uleiul ca mediu continuu, margarina fiind o emulsie A/A reprezentativă.

Mecanismul de acțiune al emulgatorilor

Emulgatori alimentari, numiți șisurfactanți, sunt substanțe care transformă lichidele nemiscibile în emulsii uniform dispersate. Ca aditivi alimentari, aceștia pot reduce semnificativ tensiunea interfacială dintre fazele uleioasă și apoasă după încorporarea în alimente, formând astfel emulsii stabile din ulei nemiscibil (substanțe hidrofobe) și apă (substanțe hidrofile).

Pe de o parte, emulgatorii formează pelicule moleculare subțiri la interfețele reciproc respingătoare ale celor două faze pentru a reduce energia liberă de suprafață a întregului sistem și a genera noi interfețe. Moleculele de emulgatori conțin atât grupări hidrofile, cât și lipofile, care se pot adsorbi pe suprafețele reciproc respingătoare ale uleiului și respectiv apei pentru a forma straturi moleculare subțiri și a reduce tensiunea interfacială dintre cele două faze. Mai exact, moleculele de ulei interacționează cu segmentele lipofile ale emulgatorilor, în timp ce moleculele de apă interacționează cu segmentele hidrofile ale emulgatorilor, iar interacțiunea dintre aceste două părți modifică tensiunea interfacială. Pe de altă parte, emulgatorii formează straturi de adsorbție protectoare pe suprafața picăturilor minuscule, conferind picăturilor o stabilizare sterică puternică. În general, o doză mai mare de emulgatori duce la o reducere mai substanțială a tensiunii interfaciale. Acest lucru permite substanțelor inițial nemiscibile să se amestece uniform și să formeze un sistem de dispersie omogen, care modifică starea fizică originală, optimizează structura internă a alimentelor și îmbunătățește calitatea alimentelor.

Valoarea echilibrului hidrofil-lipofil

Echilibrul hidrofil-lipofil (HLB): Emulgatorii cu hidrofilicitate puternică formează în general emulsii ulei-în-apă, în timp ce cei cu lipofilicitate puternică formează emulsii apă-în-ulei. Valoarea HLB este adoptată în mod obișnuit pentru a caracteriza echilibrul hidrofil-lipofil al emulgatorilor și a cuantifica hidrofilicitatea acestora. Sunt disponibile mai multe metode de calcul pentru valorile HLB:

Formula diferenței: HLB = Hidrofilicitatea grupurilor hidrofile−Lipofobicitatea grupurilor lipofile

Formula raportului: HLB = Hidrofilicitatea grupărilor hidrofile / Lipofobicitatea grupărilor lipofile

Valoarea HLB a fiecărui emulgator poate fi determinată experimental. Se stipulează că emulgatorii cu 100% lipofilicitate (reprezentați de parafină) au o valoare HLB de 0, iar cei cu 100% hidrofilicitate (reprezentați de oleat de potasiu) au o valoare HLB de 20. Intervalul dintre 0 și 20 este împărțit în 20 de părți egale pentru a indica intensitatea hidrofilicității și lipofilicității. O valoare HLB mai mare corespunde unei hidrofilicități mai puternice, în timp ce o valoare HLB mai mică înseamnă o lipofilicitate mai puternică.

Majoritatea emulgatorilor alimentari sunt surfactanți neionici cu valori HLB cuprinse între 0 și 20; proprietățile corespunzătoare ale emulgatorilor neionici cu diferite valori HLB sunt enumerate în tabel. În schimb, surfactanții ionici au valori HLB cuprinse între 0 și 40. Prin urmare, emulgatorii cu valori HLB sub 10 sunt predominant lipofili, în timp ce cei cu valori HLB egale sau peste 10 prezintă caracteristici hidrofile.

Pentru emulgatorii mixți, valorile HLB ale acestora sunt aditive. Prin urmare, atunci când se utilizează doi sau mai mulți emulgatori în combinație, valoarea HLB a emulgatorului mixt poate fi calculată pe baza fracțiilor de masă ale fiecărui emulgator constituent: HLBa,b = HLBa·A% + HLBb·B%

Unde HLBa,b reprezintă valoarea HLB a amestecului de emulgator a și emulgator b; HLBa și HLBb reprezintă valorile HLB ale emulgatorului a și respectiv ale emulgatorului b; A% și B% reprezintă procentele de masă ale emulgatorului a și emulgatorului b din emulgatorul amestecat (Această formulă este aplicabilă numai emulgatorilor neionici).

Metode de preparare și factori de influență ai emulgatorilor

Există patru metode de preparare a emulgatorilor, și anume metoda gumei uscate, metoda gumei umede, metoda de amestecare a fazei ulei-apă și metoda mecanică.

Metoda gumei uscate implică adăugarea fazei apoase la faza uleioasă care conține emulgatori. În timpul preparării, pudra de gumă (emulgator) este mai întâi amestecată uniform cu uleiul, se adaugă o anumită cantitate de apă, iar amestecul este măcinat și emulgator în emulsie primară, urmat de adăugarea de apă pentru a dilua la volumul complet. Metoda gumei umede înseamnă adăugarea fazei uleioase la faza apoasă care conține emulgatori. În preparare, guma (emulgator) este mai întâi dizolvată în apă pentru a obține mucilagiu de gumă ca fază apoasă; apoi faza uleioasă este adăugată la faza apoasă în loturi și măcinată în emulsie primară, după care apa este suplimentată la volumul complet. Metoda de amestecare a fazei ulei-apă se referă la amestecarea unei anumite cantități de ulei și apă, măcinarea fină a gumei arabice într-un mojar, adăugarea amestecului ulei-apă în acesta pentru a măcina rapid în emulsie primară și apoi diluarea cu apă.

Prepararea emulgatorilor are ca scop principal emulsionarea a două tipuri de lichide, iar efectul de emulsionare exercită un impact mare asupra calității emulsiilor. Principalii factori care afectează emulsionarea includ tensiunea interfacială, vâscozitatea și temperatura, timpul de emulsionare și dozajul emulgatorilor. În general, se selectează emulgatori care pot reduce semnificativ tensiunea interfacială. Temperatura optimă de emulsionare pentru emulgatori este de aproximativ 70°C.°C; dacă se utilizează surfactanți neionici ca emulgatori, temperatura de emulsificare nu trebuie să depășească punctul lor de turbiditate. În general, cu cât doza de emulgatori este mai mare, cu atât emulsiile formate vor fi mai stabile.